ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ С ПРИЕМНИКАМИ, СОЕДИНЕННЫМИ ЗВЕЗДОЙ ПРИ НЕОДНОРОДНОЙ НАГРУЗКЕ ФАЗ
Цель работы: Опытная проверка соотношений между напряжениями и токами в трехфазной цепи с приемниками, соединенными звездой при неоднородной нагрузке фаз.
Общие теоретические сведения
|
Рис.10.1. Принципиальная схема неоднородной нагрузки, соединенной в звезду.
В лабораторной работе исследуется схема соединения приемников звездой, в одну фазу которой включается катушка индуктивности или конденсатор.
В качестве примера рассмотрим случай, когда в трехпроводной трехфазной системе (рис.10.1) в фазу a включен конденсатор С, а в фазы b и c включены резисторы с сопротивления 
и 
, причем 
. Определим напряжение смещения нейтрали, приняв, что система фазных напряжений генератора симметричная и UФ =220В, а 
Ом.
Фазные напряжения будут равны:
В, 
В, 
В.
Проводимости фаз:
См, 
См, 
См.
Напряжение смещения нейтрали:
Комплексы напряжений на активных сопротивлениях:
В.
В.
Действующие значения напряжений:
В.
|
Рис.10.2. Векторная диаграмма для схемы указателя чередования фаз.
На рис.10.2 приведена векторная диаграмма напряжений, построенная по результатам расчета. На диаграмме: 
- векторы напряжений на фазах приемника. 
- векторы фазных токов. Токи в фазах b и c совпадают по фазе с напряжениями, а ток в фазе a ток опережает напряжение фазы a на 900. Из рис 10.2 видно, что ток в фазе a можно найти и следующим образом:
|
|
Рассмотренная схема положена в основу устройства для определения порядка чередования фаз. Если в фазы b и c в качестве резисторов включить лампы накаливания Лb и Лc, то лампа Лb, включенная в фазу b, будет находиться под большим напряжением, чем лампа Лc, включенная в фазу c и накал лампы Лb будет больше. Таким образом, если при включении этой схемы на зажимы исследуемой сети принять, что фаза к которой подключен конденсатор, является фазой a, то фаза с яркой лампой будет фазой b, а фаза с тусклой лампой будет фазой c. Разумеется, что лампы не перегорали, они должны быть рассчитаны не на фазное, а на линейное напряжение.
|
Рис.10.3. Принципиальная схема указателя чередования фаз в симметричной трехфазной системе.
Порядок выполнения работы
Схема для исследования трехфазной цепи, соединенной звездой с симметричными напряжениями сети при соединении приемников электрической энергии звездой с неоднородной нагрузкой фаз при наличии и отсутствии нейтрального провода приведена на рис.10.4. Параметры реостатов, катушки индуктивности и емкости конденсатора устанавливаются в соответствии с номером варианта, определяемого по двум последним цифрам шифра студента.
1.Исследовать работу трехфазной цепи, соединенной звездой с симметричными напряжениями сети отсутствии нейтрального провода (ключ В1 - разомкнут) в следующих режимах:
|
|
1.1. в фазе a нагрузка активно-индуктивная, (ключ В2 – замкнут, а В3 разомкнут), в фазах b и c – нагрузка активная;
1.2. в фазе a нагрузка емкостная (ключ В3 – замкнут, ключ В2 разомкнут), в фазах b и c – нагрузка активная;
Результаты измерений по п.п. 1 и 2 записать в таблицу 10-1.
Таблица 10-1
| № п/п | U Л | U ’a | U ’b | U ’c | UnN | P a | I a | I b | I c | Примечание |
| В | В | В | В | В | Вт | А | А | А | ||
| 219,97 | 219,97 | 219,97 | 66,24 | 65,684 | 2,248 | 0,958 | 2,708 | L | ||
| 82,98 | 2,847 | 3,017 | 0,824 | C |
2.Исседовать работу трехфазной цепи, соединенной звездой при неоднородной нагрузке фаз при наличии нейтрального провода (ключ В1 – замкнут), в тех же режимах, что и в п.п. 1.1 и 1.2.
|
Рис.10.4. Вид активного окна лабораторной работы №10. Трехфазная цепь, соединенная звездой при неоднородной нагрузке фаз.
Результаты измерений записать в таблицу 10-2.
Таблица 10-2
| № п/п | U Л | U a | U b | U c | P a | I a | I b | I c | I N | Примечание |
| В | В | В | В | Вт | А | А | А | А | ||
| 219,97 | 219,97 | 219,97 | 39,702 | 1,748 | 1,954 | 1,954 | 2,377 | L | ||
| 2,171 | 1,954 | 1,954 | 2,921 | C |
3. По данным таблицы 10-2 определить параметры нагрузки и результаты записать в таблицу 10-3.
Таблица 10-3
| № п/п | R b | R c | Z L | ra | X L | X C |
| Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | |
| 112,574 | 112,574 | 125,841 | 13,01 | 125,11 | 101,32 |
Формулы для расчета:
; 
;
Токи Ia и Ib измеряются при минимальных значениях сопротивлений в фазах b и c (движки реостатов находятся в крайнем левом положении).
; 
; 
; Ia – берется при включенной катушке индуктивности.
; Ia – берется при включенном конденсаторе.
|
|
4.. Результаты расчетов (табл.10.3) при минимальных сопротивлениях занести для проверки в таблицу 10.3 в компьютере (вызвав ее из меню).
5. По данным таблиц 10-1 и 10-2 построить векторные диаграммы. Методика построения векторов фазных напряжений описана в работе №9. Направления токов в фазах b и c совпадает с направлением векторов напряжений этих фаз. При включении конденсатора ток в фазе a опережает напряжение на 900, а при включении в фазу a катушки индуктивности ток в ней отстает от напряжения на угол 
.
6. По указанию руководителя занятий определить коэффициент асимметрии e фазных и линейных токов для одного из случаев работы 3-х фазной системы при разомкнутом нейтральном проводе:
.
Здесь: 
и 
- поворотные множители.
7. Дать заключение о влиянии неоднородности нагрузки фаз трехпроводной системы на характер распределения напряжений и токов по фазам.
8. Дать заключение о назначении нейтрального провода.
Контрольные вопросы
1.Каким образом определяют порядок чередования фаз в трехфазной сети?
2. Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами в четырехпроводной цепи при неоднородной нагрузке, соединенной звездой?
3. Что произойдет с фазными напряжениями приемника, если при неоднородной нагрузке, соединенной звездой, отключить нейтральный провод?
4. Каким образом определяют напряжение смещения нейтрали и фазные напряжения приемника при отключении нейтрального провода?
5. Изменятся ли фазные напряжения приемника, если в схеме без нейтрального провода конденсатор в фазе a (рис.10.1) заменить катушкой индуктивности?